CN102204137B - 无源光网络 - Google Patents

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Abstract

描述无源光网络系统、线路编码方法和光网络单元。该光网络单元包括：下行链路光接收器，其配置成接收下游数据信号的第一部分；以及上行链路光再调制器，其配置成接收下游数据信号的第二部分并将其再调制以生成归零线路编码的上游数据信号。可以将下游数据信号反向归零线路编码。

Description

无源光网络
技术领域
本发明涉及无源光网络(PON)系统、光网络单元和无源光网络线路编码方法。
背景技术
大多数电信网络运营商目前正在寻找方法以在需要绕开中心机房(central office)的环境中部署无源光网络(PON)以利于所谓的“长距离(long reach)”PON。在此愿景中，通过可能长达100km的光链路将光网络单元(ONU)直接连接到光线路终端(OLT)。目前，此目标通过在PON内提供的在线放大器(in-line amplifier)来实现，在线放大器也称为延长器(extender)。虽然与运行成本的增加相关，但是此方法正在被大多数电信运营商所采用以延长基于时域多址(TDMA)的千兆位PON(G-PON)系统的到达距离，如R.Davey的“下一代延长距离的PON(Next Generation Extended Reach PON)”(OFC/NFOEC2008，Paper OThL1，Feb.2008)中所报导。
已认识到，其中为每个ONU指派单个波长的波分复用PON(WDM-PON)的实现将允许更有效地利用光纤带宽，并且由于所有连接都是点到点的，所以将简化网络管理。W.Lee、M.Park、S.Cho、J.Lee、C.Kim、G.Jeong和B.Kim报导了“基于增益饱和反射式半导体光放大器的双向WDM-PON(Bidirectional WDM-PON Based onGain-Saturated Reflective Semiconductor Optical Amplifiers)”(Photonics Technology Letters，IEEE，vol.17，no.11，pp.2460-2462，2005)。为了提供对下游业务的完全再调制，R-SOA必须在饱和区(saturation regime)内运行，这会造成功率预算问题。为了缓解此问题，提出了数种解决方案。
第一种解决方案提出使用精简的调制索引下游信号(N.Calabretta、M.Presi、R.Proietti、G.Contestabile和E.Ciaramella的“使用DPSK下游信号和窄带AWG的双向WDM/TDM-PON(ABidirectional WDM/TDM-PON Using DPSK Downstream Signals and aNarrowband AWG)”(Photonics Technology Letters，IEEE，vol.19，no.16，pp.1227-1229，2007))，但是这会带来对下游灵敏度的限制，并且由于下游信道诱导瑞利散射而增加上游信号的功率代价。提出的另一个解决方案是采用半双工传输，其中在上游传输时隙中以下游CW光馈给R-SOA(C.Arellano、C.Langer和J.Prat的“单波长单光纤接入网中的基于半导体光放大器的光网络单元(Optical Network Unitsbased on Semiconductor Optical Amplifiers in Single-WavelengthSingle-Fiber Access Networks)”(Breitbandversorgung inDeutschland-wie schaffen wir den Anschluss，2005))。X.Cheng、Y.Wang、T.Cheng和C.Lu提出了“用于载波再用上游传输的具有单个共享干涉测量滤波器的WDM-PON体系结构(WDM-PONArchitectures With a Single Shared Interferometric Filter forCarrier-Reuse Upstream Transmission)”(Journal of Lightwavetechnology，vol.25，no.12，p.3669，2007)。此技术依赖于在远程光节点处使用窄滤波器，并且虽然光滤波器是无源元件，但是它仍会引入对信道波长的依赖，这对于实际实现应该是要避免的。在P.Healey、P.Townsend、C.Ford、L.Johnston、P.Townley、I.Lealman、L.Rivers、S.Perrin和R.Moore的“使用波长种子注入反射式SOA的频谱分割WDM-PON(Spectral slicing WDM-PON using wavelength-seededreflective SOAs)”(Electronics Letters，vol.37，no.19，pp.1181-1182，2001)中提出了从OLT为R-SOA提供宽带种子源(与下游数据信号分离)。但是，此方法需要在ONU处进行附加的滤波。在E.Wong、K.Lee和T.Anderson的“用于WDM无源光网络的作为无色传送器的直接调制的自种子注入反射式SOA(Directly-Modulated Self-SeedingReflective SOAs as Colorless Transmitters for WDM Passive OpticalNetworks)”(J.Lightwave Technol.，25，67-74(2007))中也提出R-SOA的自种子注入。自种子注入最初看上去似乎是非常有前途的技术，但是其实际实现严重受限于远程光节点处所经历的功率损耗。实际上，在真实环境中实现此方案是不可能的。
还提出了基于使用光线路编码的其他方法，包括：用于下游信号的反向RZ(IRZ)和用于上游信号的NRZ编码(N.Deng、C.Chan和L.Chen的“结合上游数据再调制的利用反向RZ下游信号的集中式光源WDM接入网(A centralized-light-source WDM access networkutilizing inverse-RZ downstream signal with upstream dataremodulation)”(Optical Fiber Technology，vol.13，no.1，pp.18-21，2007))；以及用于下游信号的曼彻斯特编码和用于上游信号的NRZ编码(H.Chung、B.Kim、H.Park、S.Chang、M.Chu和K.Kim的“反向RZ和曼彻斯特码对波长再用的WDM-PON的影响(Effects ofinverse-RZ and Manchester code on a wavelength re-used WDM-PON)”(Lasers&Electro-Optics Society，IEEE，pp.298-299，2006))。通过在每个位中携带非零能量(“标记”和“空间”二者)，使用此类编码方案减轻了上游再调制。但是，此技术严重地限制了上游再调制带宽。
发明内容
期望消除上述缺点中的至少一个或多个缺点并提供改进的无源光网络系统、光网络单元和无源光网络线路编码方法。
根据本发明的第一方面，提供一种包括光线路终端的无源光网络系统，其中光线路终端包括：配置成生成反向归零线路编码的下游数据信号的下行链路光传送器；以及配置成接收上游数据信号的上行链路光接收器。包括下行链路光接收器的光网络单元配置成接收下游数据信号的第一部分。上行链路光再调制器配置成接收下游数据信号的第二部分并将其再调制以生成归零线路编码的上游数据信号。耦合在光线路终端与光网络单元之间的光链路配置成在其间传送下游和上游数据信号。
反向归零/归零线路编码对对于无源光网络系统的体系结构是透明的，因此在下一代WDM-PON的设计和部署中提供高度灵活性。
反向归零线路编码的下游数据信号优选包括具有约50％的工作循环(duty cycle)的暗脉冲。因此，该无源光网络系统能够实现对称的下游和上游数据带宽。
上行链路光再调制器优选包括配置成由归零编码的电子数据信号驱动的电光调制器。上行链路光再调制器优选配置成对下游数据信号的所述第二部分进行再调制和放大以生成归零线路编码的上游数据信号。上行链路光再调制器优选包括配置成由归零编码的电子数据信号驱动的反射式半导体光放大器。
该反射式半导体光放大器优选可在接收到具有脉冲前沿和脉冲尾部的暗脉冲时进行操作以便抑制暗脉冲尾部而对于上游数据信号形成逻辑0或放大暗脉冲尾部而形成逻辑1，并且可在接收到光脉冲时进行操作以便抑制该脉冲的一半而形成逻辑1或抑制整个脉冲而形成逻辑0。
因此，反射式半导体光放大器仅再调制连续波(CW)光信号。
该反射式半导体光放大器优选配置成对于处于下游数据信号的第二部分的光功率电平的输入功率而在其饱和区之外工作(operateoutside of its saturation regime for input powers at the optical power levelof the second portion of the downstream data signal)。下游数据信号的第二部分优选具有不大于P＝G-P(max)的光功率，其中P以dBm为单位，G是以dB为单位的反射式半导体光放大器的增益，而P(max)是以dBm为单位的反射式半导体光放大器的最大光输出功率。
反射式半导体光放大器在其饱和区之外工作放松了对无源光网络系统的功率预算约束。
光网络单元优选还包括信号同步设备，其配置成将归零线路编码的上游数据信号相对于进入的反向归零线路编码的下游数据信号按半个位交织(interleave the return-to-zero line coded upstream data signalby one-half bit with respect to the incoming inverse-return-to-zero linecoded downstream data signal)。该信号同步设备优选包括设置在光链路与上行链路光再调制器之间的光延迟线路。
这确保了反射式半导体光放大器处有CW光可用于再调制。
优选地，无源光网络系统包括多个光网络单元，其中光链路耦合在光线路终端与每个光网络单元之间。
这些光网络单元可以配置成接收多个不同波长的下游数据信号；光线路终端包括对应的多个下行链路光传送器，这些下行链路光传送器配置成生成在多个波长的反向归零线路编码的下游数据信号；并且光链路还包括波分复用设备和波分解复用设备。因此，无源光网络系统可以实现波分复用无源光网络。
多个光网络单元可以按一个或多个子集布置，每个子集中的光网络单元配置成接收基本相同波长的下游数据信号；并且光链路还包括设置在光线路终端与上述一个子集或每个子集之间的一对多光功率分配器。因此，无源光网络系统可以实现混合波分复用/时分多址无源光网络。
光链路优选包括位于波分复用设备与波分解复用设备之间的馈给光纤(feeder fibre)、至每个单个光网络单元的长距离分布光纤以及从每个一对多光功率分配器到其相应子集中的光网络单元的短距离分布光纤。
光网络单元均可配置成接收基本相同波长的下游数据信号，并且光链路还包括设置在光线路终端与光网络单元之间的一对多光网络分配器。因此，无源光网络系统可以实现时分多址无源光网络。
根据本发明的第二方面，提供一种光网络单元，其包括配置成接收下游数据信号的第一部分的下行链路光接收器。上行链路光再调制器配置成接收下游数据信号的第二部分，并将其再调制以生成归零线路编码的上游数据信号。
上行链路光再调制器优选包括配置成由归零编码的电子数据信号驱动的电光调制器。上行链路光再调制器优选配置成对下游数据信号的所述第二部分进行再调制和放大以生成归零线路编码的上游数据信号。上行链路光再调制器优选包括配置成由归零编码的电子数据信号驱动的反射式半导体光放大器。
反射式半导体光放大器优选可在接收到具有脉冲前沿和脉冲尾部的暗脉冲时进行操作以便抑制暗脉冲尾部而对于上游数据信号形成逻辑0或放大暗脉冲尾部而形成逻辑1，并且可在接收到光脉冲时进行操作以便抑制该脉冲的一半而形成逻辑1或抑制整个脉冲而形成逻辑0。
因此，反射式半导体光放大器仅再调制连续波(CW)光信号。
反射式半导体光放大器优选配置成对于处于下游数据信号的第二部分的光功率电平的输入功率而在其饱和区之外工作。下游数据信号的第二部分优选具有不大于P＝G-P(max)的光功率，其中P以dBm为单位，G是以dB为单位的反射式半导体光放大器的增益，而P(max)是以dBm为单位的反射式半导体光放大器的最大光输出功率。
光网络单元优选还包括信号同步设备，其配置成将归零线路编码的上游数据信号相对于进入的反向归零线路编码的下游数据信号按半个位交织。该信号同步设备优选包括设置在光链路与上行链路光再调制器之间的光延迟线路。
这确保了反射式半导体光放大器处有CW光可用于再调制。
根据本发明的第三方面，提供一种无源光网络线路编码方法，其包括生成反向归零线路编码的下游数据信号。接收下游数据信号的一部分并将其再调制以生成归零线路编码的上游数据信号。
反向归零/归零线路编码对对于与此方法一起使用的无源光网络的体系结构是透明的，因此在下一代WDM-PON的设计和部署中提供高度灵活性。
反向归零线路编码的下游数据信号优选包括具有约50％的工作循环的暗脉冲。因此，该方法可用于实现对称的下游和上游数据带宽。
下游数据信号的该部分的再调制优选通过将下游数据信号的该部分递送到电光调制器并以归零编码的电子数据信号驱动该电光调制器来执行。
该线路编码方法优选包括对下游数据信号的该部分进行再调制和放大以生成归零线路编码的上游数据信号。
下游数据信号的该部分的再调制和放大优选通过将下游数据信号的该部分递送到反射式半导体光放大器并以归零编码的电子数据信号驱动该反射式半导体光放大器来执行。
再调制的上游数据信号优选通过以下步骤来生成：在接收到具有脉冲前沿和脉冲尾部的暗脉冲时，抑制暗脉冲尾部以对于上游数据信号形成逻辑0或将暗脉冲尾部放大以形成逻辑1；并且在接收到光脉冲时，抑制该脉冲的一半以形成逻辑1或抑制整个脉冲以形成逻辑0。
因此，仅再调制连续波(CW)光信号。
反射式半导体光放大器优选对于处于下游数据信号的第二部分的光功率电平的输入功率而在其饱和区之外工作。优选将下游数据信号的第二部分的光功率设置为不大于P＝G-P(max)，其中P以dBm为单位，G是以dB为单位的反射式半导体光放大器的增益，而P(max)是以dBm为单位的反射式半导体光放大器的最大光输出功率。
反射式半导体光放大器在其饱和区之外工作放松了对无源光网络系统的功率预算约束。
该线路编码方法优选还包括将归零线路编码的上游数据信号相对于进入的反向归零线路编码的下游数据信号按半个位交织。优选地，通过对要再调制的下游数据信号的该部分引入光延迟来执行下游和上游数据信号的同步以用于交织。
这确保有CW光可用于再调制。
现在将参考附图仅以示例的方式详细描述本发明的实施例。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的无源光网络系统的示意表示；
图2是根据本发明第二实施例的无源光网络系统的示意表示；
图3是根据本发明第三实施例的无源光网络系统的示意表示；
图4是(a)根据本发明第二实施例的无源光网络的试验装置和(b)光网络单元接收器的示意表示；
图5示出图4中的PON的下游(DS)和上游(US)信号的眼图：DS：(a)背靠背；(b)80km SMF之后；(c)80km SMF之后且R-SOA已拔出；三个种子信号功率电平的US背靠背；(d)-25dBm；(e)-30dBm；(f)-35dBm。这些眼图是利用1.87GHz电后检测滤波器在100皮秒/格的时间刻度上记录的；
图6示出对于长距离(80km)的图4的PON的下游和上游数据信号的误码率(BER)测量；白色符号指背靠背状况，而黑色符号指示跨越80km SMF传输之后的BER；
图7示出对于短距离(26km)的图4的PON的下游和上游数据信号的误码率(BER)测量；白色符号指背靠背状况，而黑色符号指示跨越26km SMF传输之后的BER；以及
图8是根据本发明第四实施例的无源光网络线路编码方法的流程图。
具体实施方式
参考图1，本发明的第一实施例提供一种短距离无源光网络(PON)系统10，其包括光线路终端(OLT)12、光网络单元(ONU)26和光链路40，其中光链路40以25km单模光纤的形式耦合在OLT12与ONU26之间并配置成在它们之间传送下游和上游数据信号。在此实施例中，OLT12包括配置成生成反向归零(IRZ)线路编码的下游数据信号的下行链路光传送器14以及配置成接收上游数据信号的上行链路光接收器16。
IRZ线路编码包括双电平信号，该双电平信号包括用于表示逻辑0的光脉冲(连续波(CW)脉冲)和用于表示逻辑1的无脉冲，例如无光或至少比CW光电平小得多的光(也称为“暗脉冲”)。该信号在脉冲之间归零(即，CW光)。暗脉冲具有50％的工作循环，即，具有时钟周期的一半的持续时间。暗脉冲具有作为从CW光到无光的过渡的前沿以及作为从无光到CW光的过渡的尾沿(脉冲“尾部”)，如图2(a)中关于第二实施例所示。因此，作为过渡部分的尾沿将包括一些光。
下行链路光传送器14包括：以激光器18形式的光载波信号源，其可进行操作以生成光载波信号；IRZ电子数据信号源22；以及强度调制器，其在这里采用马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)调制器20的形式。IRZ数据信号源22以1.25Gb/s生成50％工作循环的IRZ数据信号(50％IRZ)。50％IRZ数据信号驱动马赫-曾德尔调制器20以将IRZ数据信号施加到光载波信号，从而生成1.25Gb/s50％IRZ线路编码的下游数据信号。
下游数据信号经由光循环器(OC)24耦合到光链路40中。上游数据信号经由光循环器24从光链路40耦合到上行链路光接收器16。
ONU26包括：下行链路光接收器28，其配置成接收下游数据信号的第一部分；以及上行链路光再调制器30，其配置成接收下游数据信号的第二部分并将其再调制和放大以生成归零(RZ)线路编码的上游数据信号。
ONU26还包括3dB耦合器38，其一端耦合到光链路40，而其另一端耦合到下行链路光接收器28以及再调制器30。3db耦合器38用于将接收到的下游数据信号分成两个基本相等的功率信号(将由下行链路光接收器28接收的信号和用于再调制器30的光种子信号)，并将这些信号分别耦合到下行链路光接收器28和再调制器30。
ONU26还包括与下游接收器28相关联的本地时钟信号源。
上行链路光再调制器30包括以反射式半导体光放大器(R-SOA)32形式的电光调制器、RZ电子数据信号源34和以可变光延迟线路(ODL)36形式的信号同步设备。
本示例中的R-SOA32包括可提供在50mA偏置电流下的21dB小信号增益、2dBm输出饱和功率、1dB偏振相关增益和8db噪声系数的市售装置，并在70mA下将其偏置。R-SOA32在其饱和区之外工作。在R-SOA32处接收的种子信号具有不大于P＝G-P(max)的功率电平，其中P以dBm为单位，G是以dB为单位的R-SOA的增益，而P(max)是以dBm为单位的R-SOA的最大光输出功率。在此示例中，种子信号具有介于-15dBm与-35dBm之间的功率。RZ数据信号源生成7V峰-峰值1.25Gb/s RZ数据信号。
光延迟线路36用于结合本地时钟源将上游数据信号(即，RZ数据信号)与下游数据信号同步，以便将上游数据信号相对于进入的下游数据信号按半个位交织。这意味着，如下文，仅在种子信号包含CW信号时才施加RZ数据信号(即，R-SOA再调制和放大)。
当下游数据信号包括暗脉冲(逻辑1)时，种子信号包括暗脉冲尾部，其被R-SOA32抑制以对于上游数据信号形成逻辑0或被R-SOA32放大以形成逻辑1。当下游数据信号包括光脉冲(逻辑0)时，种子信号包括具有等于完整时钟周期的持续时间的CW光脉冲，R-SOA32抑制该光脉冲的一半以形成逻辑1，或者R-SOA32抑制整个脉冲以形成逻辑0。
将认识到，光链路光纤40可以具有不同长度，并且具体来说可以是具有例如80-100km长度以形成长距离无源光网络系统的长距离光纤。
参考图2，本发明的第二实施例提供波分复用(WDM)无源光网络(PON)系统50，它是第一实施例的无源光网络系统10的扩展。对应的功能部件保留相同的附图标记。
在此WDM-PON实施例中，OLT52包括：下行链路光传送器(Tx)阵列54，其配置成生成多个反向归零(IRZ)线路编码的下游数据信号，每个信号在多个光载波波长的不同光载波波长上；以及上行链路光接收器(Rx)阵列60，其配置成在所述载波波长上接收多个上游数据信号。
下行链路Tx阵列54包括以激光器56形式的多个光载波信号源。所得的多个IRZ线路编码的下游数据信号通过阵列波导光栅(AWG)58被复用并经由光循环器(OC)24耦合到单模馈给光纤66中，单模馈给光纤66具有20km的长度，它形成光链路的第一部分。
上行链路Rx阵列60包括对应的多个光电二极管62。上游数据信号通过循环器24从馈给光纤66耦合到光电二极管62，并在第二AWG64中被解复用。
WDM-PON50包括多个ONU26(为清楚起见，仅示出两个)。本实施例中的光链路包括单模馈给光纤66、多个分布光纤70(为清楚起见，仅示出两个，即，λL、λS)和耦合在馈给光纤66与分布光纤70之间的第三AWG68。在此示例中，分布光纤是均具有60km长度的长距离分布光纤。第三AWG68用于将多个下游数据信号解复用并将每个信号路由到它们相应的分布光纤70和ONU26，并用于将从ONU26接收的多个上游数据信号复用到馈给光纤66以用于向上游传送至OLT52。
下行链路光接收器包括光电二极管28a和数字接收器28b。
参考图3，本发明的第三实施例提供混合WDM/时分多址(TDMA)PON80，其与第二实施例的WDM-PON50基本相同，只是进行了如下修改。对应的功能部件保留相同的附图标记。
在本实施例中，对于始发于第三AWG68的短距离TDMA子网81使用一个或多个载波信号波长(为清楚起见，仅示出1个，即λS)。TDMA子网81包括短距离分布光纤82、1×N(在本示例中为1×6)光功率分配器84和6个ONU26。
图4(a)示出根据本发明第二实施例的无源光网络90的试验装置(experimental set-up)的示意表示。对应的功能部件保留相同的附图标记。
使用单波长信道测试该试验装置。将认识到，对于图2的WDM-PON50中的多个波长信道中的每一个都将达到相同的结果。
在此试验性测试中，通过以马赫-曾德尔强度调制器20调制在1542nm工作的外腔激光器18来获得下游IRZ数据信号；通过由脉冲模式发生器22生成的1.25Gb/s的IRZ模式编码的2^7-1位长的电伪随机位序列(PRBS)来驱动它。此数据长度与8B10B编码兼容。
下游传送器14还包括可变光衰减器(VOA)94，其用于设置在ONU100处接收的光功率电平。VOA94置于传送器14处以便评估下游和上游信道上因背反射(瑞利和菲涅尔散射)所致的损害(impairment)。
在经过光循环器(OC)24之后，有1dB插入损耗，将下游信号置入单模馈给光纤(SMF)40中。在本试验性测试中，考虑两种情况：短距离25km馈给光纤40(具有6dB总插入损耗)；以及长距离80km馈给光纤40(具有20dB总插入损耗)，以便评估在短距离和长距离情况中IRZ/RZ线路编码对的性能。
通过0.8nm可调谐光纤(TF)96(具有3dB插入损耗)来模拟图2的AWG68。虽然该试验是在单个波长上进行的，但是仍需要该滤波器去除R-SOA在饱和区之外工作时由R-SOA生成的放大的自发发射(ASE)噪声。
ONU100包括3dB耦合器38、接收器(Rx)28和R-SOA32。R-SOA32是市售装置，其提供在50mA偏置电流下的21dB的小信号增益、2dBm输出饱和功率、1dB偏振相关增益和8db噪声系数。在70mA下偏置R-SOA32，并利用7V峰-峰值RZ编码信号(2^7-1长PRBS，1.25Gb/s，与下游数据信号的情况一样)驱动R-SOA32。使用光延迟线路(ODL)36以确保下游和上游数据信号之间的正确同步。
参考图4(b)，ONU接收器28包括PIN二极管检测器112，它经光预先放大以克服可用PIN二极管检测器112的低响应率，并允许以低接收功率电平进行误码率(BER)测量。光预先放大由提供45dB增益及5dB噪声系数的双级掺铒光纤放大器(EDFA)(PRE)106来执行。其后是可调谐光滤波器(TF)108，其具有0.2nm半峰全宽(FWHM)线路宽度以用于实现ASE噪声消除。对EDFA预先放大器106馈给带外CW光信号以便使它正确工作。
使用具有1.87GHz带宽的后检测第4阶贝塞尔低通滤波器(LPF)以从接收信号中去除高频噪声。在测试的位速率(1.25Gb/s)，优选较窄后检测滤波器，但是它不可用。通过对光电二极管保持恒定光功率(-6dBm)来进行BER测量。接收器28使得能够以低至-50dBm的单信道输入光功率来进行BER测量。使用相同的接收器作为OLT92处的上行链路接收器16来表征上游信号传输性能。在真实环境中，优选雪崩光电二极管(APD)作为该接收器，至少优选作为PON90的ONU侧的接收器。
图5示出下游(DS)信号和上游(US)信号的眼图。图中示出背靠背(a)和传输之后(b、c)的下游眼图。由图可见，下游信号的眼图仅稍微受PON90上的传播的影响。当施加上游信号(R-SOA32开启)时，DS眼图示出“空间(space)”(暗脉冲)电平上的增大的噪声。这是由于由上游信号生成的瑞利背散射所致。下文将进一步详细描述由此影响所导致的轻微功率代价。所示的US眼图是在R-SOA输出处记录的，并且涉及三个种子信号功率电平：-25dBm(d)、-30dBm(e)和-35dBm(f)。
上游眼图受由于再调制过程所致的模式化(patterning)效应影响；再调制的上游脉冲具有稍微不同的形状，具体取决于R-SOA32正在将种子信号再调制为0还是1。由图可见，此模式化不取决于种子信号的功率。虽然此模式化导致一定的功率代价，但是观察到的眼图对于所考虑的所有种子信号功率来说仍是宽开口(wide open)且清晰的。
结果还显示噪声量随着种子信号功率降低而增大。此噪声对于非常低的种子信号功率电平变得显著，并且导致强功率代价。
在该试验性测试中，以1.25Gb/s进行数据传输，这接近R-SOA32的调制带宽。在上游眼图中，带宽限制是明显的。所使用的上游电信号是50％RZ，但是在电-光(E/O)转换之后，RZ信号显示约66％的更高工作循环。但是，这不会在ONU传送器处引入符号间干扰，并且由于它缓解了上游信号所经历的色散损害，所以它是无害的。通过使用误码率测试(BERT)测试仪98、102进行的BER测量来确定PON性能。
图6示出长距离80km SMF馈给光纤40的BER测量。下游信号在80km SMF传输之后得到约1.5dB的功率代价。此功率代价部分地是由于上游信号在馈给光纤40内生成的瑞利散射所致；当断开R-SOA32时，下游功率代价降低约0.5dB。仅在R-SOA32高度饱和(即，以超过-15dBm的光功率馈给R-SOA32)时才会观察到此附加的功率代价，从而提供约0dBm的再调制功率。在R-SOA32远离饱和地进行工作的工作区中，上游再调制功率不会影响下游灵敏度。
图7中示出上游BER性能。上游信号的传输功率代价基本上由递送到R-SOA32的种子信号的功率确定。研究了R-SOA32在其饱和区之外工作时所处的三个种子功率电平：-25、-30和-35dBm。对于-25dBm和-30dBm的种子信号功率电平，获得相似的性能；对于-25和-30dBm种子信号功率电平，上游传输功率代价分别是4.5dB和5.5dB。这两个种子信号功率电平的功率代价主要是由于瑞利背散射所致，这将OLT处的上游信号的光信噪比(OSNR)限于15dB。
对于小于-30dBm的种子信号功率电平，观察到PON90的性能的显著改变。在这些情况下，R-SOA32调制带宽稍微下降，并且再调制信号显示R-SOA32的输出处的显著的OSNR降级。在此试验性测试中所识别的最低有用种子信号功率电平是-35dBm。虽然背靠背灵敏度对于测试的这两个较高种子功率电平显示1dB功率代价，但是在传输之后，观察到约7dB功率代价和BER底限(BER floor)。在此状况下，上游/再调制信号具有不可忽略的ASE含量。虽然这几乎不影响上游背靠背灵敏度，但是在PON90的80km SMF馈给光纤上传输之后，色散在此类ASE噪声上的影响变得显著。
还对于具有26km SMF馈给光纤40的短距离环境测试了PON90的性能，这意味着可以利用混合WDM/TDMA。在此情况中，可以使用R-SOA32处可用的额外功率预算来增加ONU处的耦合器的功率分配比率，从而增加可共享相同波长的ONU的数量。
与长距离示例相比，下游信道性能几乎未改变；但是，注意到由于由上游信道生成的瑞利背反射所致的相同的0.5dB功率代价。上游信道还显示与长距离测试示例同等的性能。由于短距离馈给光纤40具有约6dB的较小插入损耗，所以将具有高达-15dBm的较高功率电平的种子信号注入R-SOA32是可能的。通过使R-SOA32以其最大增益工作，对于上游信道(测量到OLT92)，获得比长距离示例更高的信号对反射功率比是可能的。具体来说，上游OSNR高于20dB，这与长距离示例相比有10dB的改善。当由于R-SOA32所致的OSNR降级变得显著时，对于低于-30dB的种子信号功率电平(与长距离示例相似)观察到最高功率代价。
在无源光网络中常见的是OLT92能够传送具有每个信道1mW的功率电平(0dBm/信道)的光信号，并有约每个信道12dB的总链路损耗(每个AWG处4dB，加上馈给光纤40的6dB)。通过使PON90在0dBm/信道下工作，PON90上的传输中有18dB损耗并且能够以具有最小可接受光功率电平的种子信号馈给每个ONU26是可能的。这对应于1×64功率分配器，即，可以在单个PON90上提供64个ONU26。
在此试验装置中，在ONU输入处使用3dB耦合器。通过使用不平均的分配比率来递送较高比例的接收的下游信号作为R-SOA32的种子信号，增加PON90的功率余量是可能的，从而使得能够在单个PON90上为甚至更高数量的ONU26提供服务。在此情况中，将以在所使用的位速率具有约-40dBm灵敏度的雪崩光电二极管(APD)替代下游接收器28。
参考图8，本发明的第四实施例提供无源光网络线路编码方法100，其包括：生成IRZ线路编码的下游(DS)数据信号(102)；以及接收DS信号的一部分(106)并将其再调制(114、116、118、120、122、124)以生成RZ线路编码的上游(US)数据信号。该方法适于与上述实施例中的任何一个实施例一起使用，并且将关于所描述的实施例的PON体系结构来加以描述。
更详细地，在无源光网络(PON)的OLT处生成(102)IRZ线路编码的DS信号，并在PON网络链路上将其传送(104)到ONU。在ONU处，对下游信号进行功率分配，并将一个部分发送到ONU的下行链路接收器，同时将另一个部分作为种子信号发送到上游传送器，上游传送器包括以ONU的R-SOA形式的电光调制器。R-SOA在其饱和区之外工作。
使用光延迟线路对种子信号施加(108)延迟，以便使US和DS信号同步，并将US信号相对于DS信号按半个位交织(108)。还参考设置在ONU处的与下行链路接收器相关联的本地时钟信号来协助同步。
在R-SOA处接收种子信号(110)，并且对于下游数据信号中的每个位，将该位识别为暗脉冲或光(CW)脉冲(112)。如果接收的位是暗脉冲(114)，则按如下将该脉冲再调制以形成上游数据位：放大(116)暗脉冲尾部以便对于上游数据信号生成逻辑1；或抑制(118)暗脉冲尾部以便对于上游数据信号生成逻辑0。如果接收的位是光(CW)脉冲(120)，则按如下将该脉冲再调制以形成上游数据位：抑制(122)光脉冲的一半以便对于上游数据信号生成逻辑1；或抑制(124)整个脉冲以便对于上游数据信号生成逻辑0。然后，在网络链路上将再调制的US信号位传送回到OLT。
所描述的实施例提供如下多种优点。所描述的无源光网络系统和方法放松了由于基于无色反射式ONU(例如，所描述的包括R-SOA的那些ONU)的WDM PON中的功率损耗所致的约束。通过使用所描述的系统和方法，延长R-SOA的工作范围是可能的。所描述的系统提供不需要任何在线放大的长距离PON系统。所描述的系统可用于实现基于混合WDM/TDMA方法的短距离PON，从而为多达64个ONU提供服务，这使G-PON标准的容量翻倍。所描述的PON系统使得能够对于不同波长实现长距离和短距离/TMDA，从而开启实现更灵活的无源光网络的可能性。
通过对于下游信号使用50％IRZ编码以及对于上游信号使用RZ编码，不仅可以实现对称带宽，而且还可以使R-SOA远离饱和区工作，从而放松对ONU的接收功率的约束。通过以低至-35dBm的功率电平对R-SOA进行种子注入，所描述的PON提供无错全下游再调制。
所描述的系统和方法显著地增加了WDM-PON功率预算，从而允许实现例如混合WDM/TDMA短距离PON。如果以1.25Gb/s工作，那么此编码技术对于色散损害具有非常大的容忍度。因此，它允许无需在线放大器而实现长距离PON，从而保持了完全无源PON。所描述的系统使得能够实现80km馈给光纤上的双向传输，而无需任何其它光放大源。而且，使用IRZ/RZ编码对于WDM-PON体系结构完全是透明的：它可实现为允许更长距离或选定波长上的TDMA，从而在下一代WDM-PON的设计和部署中提供高度灵活性。
在所描述的系统中，在ONU处作为再调制器使用的R-SOA在饱和区之外工作。这使得对PON的功率预算约束得以放松。另一个重要的优点在于，对下游信号的消光比没有更低的限制，这是因为总是在有CW光的时间再调制形成R-SOA的种子信号的下游信号部分。所描述的系统的另一个优点在于，可以使用与标准WDM-PON相同的体系结构；ONU的光“前端”(接收器和R-SOA)与基于NRZ再调制的WDM-PON中所使用的光“前端”相同。因此，使用所描述的方法并实现所描述的系统来将现已安装的WDM-PON的距离升级是可能的。

Claims (26)

1. 一种无源光网络系统，包括：
光线路终端，其包括：配置成生成反向归零线路编码的下游数据信号的下行链路光传送器；以及配置成接收上游数据信号的上行链路光接收器；
光网络单元，其包括：配置成接收所述下游数据信号的第一部分的下行链路光接收器；以及配置成接收所述下游数据信号的第二部分并将其再调制以生成归零线路编码的上游数据信号的上行链路光再调制器；以及
耦合在所述光线路终端与所述光网络单元之间且配置成在它们之间传送下游和上游数据信号的光链路。
2. 如权利要求1所述的无源光网络系统，其中所述反向归零线路编码的下游数据信号包括具有约50%的工作循环的暗脉冲。
3. 如权利要求1或2所述的无源光网络系统，其中所述上行链路光再调制器包括电光调制器，所述电光调制器配置成由归零编码的电子数据信号驱动。
4. 如权利要求1或2所述的无源光网络系统，其中所述上行链路光再调制器配置成对所述下游数据信号的所述第二部分进行再调制和放大以生成归零线路编码的上游数据信号。
5. 如权利要求4所述的无源光网络系统，其中所述上行链路光再调制器包括反射式半导体光放大器，所述反射式半导体光放大器配置成由归零编码的电子数据信号驱动。
6. 如权利要求5所述的无源光网络系统，其中所述反射式半导体光放大器可在接收到具有脉冲前沿和脉冲尾部的暗脉冲时进行操作以便抑制所述暗脉冲尾部而对于所述上游数据信号形成逻辑0或放大所述暗脉冲尾部而形成逻辑1，并且可在接收到光脉冲时进行操作以便抑制所述脉冲的一半而形成逻辑1或抑制整个脉冲而形成逻辑0。
7. 如权利要求5所述的无源光网络系统，其中所述反射式半导体光放大器配置成对于处于所述下游数据信号的所述第二部分的光功率电平的输入功率而在其饱和区之外工作。
8. 如权利要求1或2所述的无源光网络系统，其中所述光网络单元还包括信号同步设备，其配置成将所述归零线路编码的上游数据信号相对于进入的反向归零线路编码的下游数据信号按半个位交织。
9. 如权利要求8所述的无源光网络系统，其中所述信号同步设备包括光延迟线路，所述光延迟线路设置在所述光链路与所述上行链路光再调制器之间。
10. 如权利要求1或2所述的无源光网络系统，其中所述无源光网络系统包括多个光网络单元，所述光链路耦合在所述光线路终端与所述光网络单元中的每个光网络单元之间。
11. 一种光网络单元，包括：
下行链路光接收器，其配置成接收反向归零线路编码的下游数据信号的第一部分；以及
上行链路光再调制器，其配置成接收所述下游数据信号的第二部分，并将其再调制以生成归零线路编码的上游数据信号。
12. 如权利要求11所述的光网络单元，其中所述上行链路光再调制器包括电光调制器，所述电光调制器配置成由归零编码的电子数据信号驱动。
13. 如权利要求11或12所述的光网络单元，其中所述上行链路光再调制器配置成对所述下游数据信号的所述第二部分进行再调制和放大以生成归零线路编码的上游数据信号。
14. 如权利要求13所述的光网络单元，其中所述上行链路光再调制器（30）包括反射式半导体光放大器，所述反射式半导体光放大器配置成由归零编码的电子数据信号驱动。
15. 如权利要求14所述的光网络单元，其中所述反射式半导体光放大器可在接收到具有脉冲前沿和脉冲尾部的暗脉冲时进行操作以便抑制所述暗脉冲尾部而对于所述上游数据信号形成逻辑0或放大所述暗脉冲尾部而形成逻辑1，并且可在接收到光脉冲时进行操作以便抑制所述脉冲的一半而形成逻辑1或抑制整个脉冲而形成逻辑0。
16. 如权利要求14所述的光网络单元，其中所述反射式半导体光放大器配置成对于处于所述下游数据信号的所述第二部分的光功率电平的输入功率而在其饱和区之外工作。
17. 如权利要求11或12所述的光网络单元，其中所述光网络单元还包括信号同步设备，所述信号同步设备配置成将所述归零线路编码的上游数据信号相对于进入的反向归零线路编码的下游数据信号按半个位交织。
18. 如权利要求17所述的光网络单元，其中所述信号同步设备包括光延迟线路，所述光延迟线路设置在光链路与所述上行链路光再调制器之间。
19. 一种无源光网络线路编码方法，包括：
生成反向归零线路编码的下游数据信号；以及
接收所述下游数据信号的一部分并将其再调制以生成归零线路编码的上游数据信号。
20. 如权利要求19所述的无源光网络线路编码方法，其中所述反向归零线路编码的下游数据信号包括具有约50%的工作循环的暗脉冲。
21. 如权利要求19或20所述的无源光网络线路编码方法，其中所述下游数据信号的所述部分的再调制是通过将所述下游数据信号的所述部分递送到电光调制器并以归零编码的电子数据信号驱动所述电光调制器来执行的。
22. 如权利要求19或20所述的无源光网络线路编码方法，其中所述线路编码方法包括对所述下游数据信号的所述部分进行再调制和放大以生成归零线路编码的上游数据信号。
23. 如权利要求22所述的无源光网络线路编码方法，其中所述下游数据信号的所述部分的再调制和放大是通过将所述下游数据信号的所述部分递送到反射式半导体光放大器并以归零编码的电子数据信号驱动所述反射式半导体光放大器来执行的。
24. 如权利要求19或20所述的无源光网络线路编码方法，其中通过以下步骤来生成所述再调制的上游数据信号：在接收到具有脉冲前沿和脉冲尾部的暗脉冲时，抑制所述暗脉冲尾部以对于所述上游数据信号形成逻辑0或放大所述暗脉冲尾部以形成逻辑1；以及在接收到光脉冲时，抑制所述脉冲的一半以形成逻辑1或抑制整个脉冲以形成逻辑0。
25. 如权利要求19或20所述的无源光网络线路编码方法，其中所述线路编码方法还包括将所述归零线路编码的上游数据信号相对于进入的反向归零线路编码的下游数据信号按半个位交织。
26. 如权利要求25所述的无源光网络线路编码方法，其中通过对要再调制的下游数据信号的所述部分引入光延迟来执行所述下游和上游数据信号的同步以用于交织。
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